“計算機網(wǎng)絡(luò)”實驗課程的教學(xué)探討

琚生根，陳 黎，周 剛，王相國

（四川大學(xué)計算機學(xué)院，四川成都 610065）

“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程是大學(xué)計算機本?？茖I(yè)必須開設(shè)的一門專業(yè)必修課程，與計算機專業(yè)的許多課程不同.它需要軟件和硬件的結(jié)合，需要計算機技術(shù)和通信技術(shù)的一致和結(jié)合，需要理論和應(yīng)用的緊密結(jié)合，需要課堂和實驗室的互補結(jié)合。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中占有十分重要的位置，它是計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的一個重要的、必不可少的環(huán)節(jié)，是貫穿整個計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的靈魂所在，此環(huán)節(jié)質(zhì)量的好壞直接影響到計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的質(zhì)量和效果［1－4］。

1 目前高校計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程存在的問題

目前計算機網(wǎng)絡(luò)課程都分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)2個部分。理論教學(xué)部分的教學(xué)內(nèi)容，很多高校都進行了多方探索，已經(jīng)有成熟的教學(xué)方法以及教材，同時也在不斷地引進國外先進的網(wǎng)絡(luò)課程的教材，使得理論教學(xué)部分更加完善。而計算機網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)，無論從教材還是從實驗方面，相比理論教學(xué)都顯得很薄弱。目前高校的計算機網(wǎng)絡(luò)實驗課程存在以下的問題。

（1）缺乏與理論教學(xué)配套的實驗教材。一本好的實驗教材能夠有效地彌補理論教學(xué)中存在的不足，學(xué)生可以通過實驗更加深入地了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理。目前市面有不少的實驗教材，這些教材普遍存在的問題是沒有和目前高校的計算機網(wǎng)絡(luò)課程的理論教材有效地結(jié)合，同時實驗內(nèi)容單一，能夠提供給教師參考借鑒的內(nèi)容很少。

（2）缺乏對實驗教學(xué)的重視。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)安排是理論課時占大部分，而實驗課時卻很少，教師把更多的精力放在了理論教學(xué)，而忽視了實驗教學(xué)［5］。實驗教學(xué)的學(xué)時也限制了學(xué)生，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏足夠的時間接觸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，完成一些創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)實驗，更多的是一種被動接受教師的實驗演示，使學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)的理論學(xué)習(xí)感到抽象和空洞，難以理解和掌握，更難以在實際中有效地使用理論知識，教學(xué)效果不佳。

（3）缺乏配套的網(wǎng)絡(luò)實驗室。網(wǎng)絡(luò)實驗室不是簡單的在操作系統(tǒng)上安裝某個開發(fā)環(huán)境就能完成，它需要多方面環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)工具以及設(shè)備才能完成，如果沒有相應(yīng)的實驗設(shè)備、實驗場所，計算機網(wǎng)絡(luò)實踐教學(xué)根本無從談起。為此必須組建一個“計算機網(wǎng)絡(luò)”專業(yè)實驗室，以改變學(xué)生學(xué)習(xí)“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程常常陷于“紙上談兵”的境地?！坝嬎銠C網(wǎng)絡(luò)”專業(yè)實驗室是保障專業(yè)實驗的重要條件，專業(yè)的實驗室和普通的機房是不能比擬的。專業(yè)網(wǎng)絡(luò)實驗室能夠從網(wǎng)絡(luò)原理、網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)開發(fā)等方面準(zhǔn)備各類實驗，同時允許學(xué)生完全自主地在主機上進行各種工具的安裝以及使用。目前很多高校的機房都安裝有“看門狗”類的管理軟件，不允許學(xué)生安裝任何軟件以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，但是這種做法對于網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實驗室來說是非常不利的，限制了實驗過程中學(xué)生的自主創(chuàng)造力。

2 計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室的搭建

我院建設(shè)網(wǎng)絡(luò)實驗室的目的，就是為了能讓學(xué)生在一個比較真實的網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境中，深刻理解各種協(xié)議的實際運用，靈活自主地運用所需知識搭建各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。我院的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實驗平臺主要從下面4個方面考慮：

（1）共有300m2的網(wǎng)絡(luò)實驗室，擁有交換機、路由器、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備12組，可以開展各種網(wǎng)絡(luò)實驗。

（2）實驗室配套有多種不同的模擬軟件，利用模擬軟件，虛實結(jié)合，提高效率和實驗效果。例如：Cisco的Packet Tracer、Ethereal，華為公司的虛擬機等。學(xué)生可以在虛擬軟件上先熟悉一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，然后再到真實的設(shè)備上進行驗證，這樣的有效結(jié)合可以達到理想的實驗效果。

（3）網(wǎng)絡(luò)實驗室的環(huán)境必須是一個全開放的環(huán)境，使學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境下可以安裝任意的網(wǎng)絡(luò)軟件以及進行任意的網(wǎng)絡(luò)配置，最大限度地給學(xué)生自主設(shè)計的權(quán)利。

（4）在實驗室內(nèi)配置投影儀，可以方便教師對網(wǎng)線的制作，以及交換機、路由器配置等內(nèi)容進行講解和現(xiàn)場演示，使講課、參觀、演示、實驗等均在實驗室內(nèi)進行，既為教師授課提供了方便，又加深了學(xué)生的印象，提高了教學(xué)效果。

我院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實驗平臺的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)實驗是分成實驗小組協(xié)同完成的，1 個實驗小組包括1臺交換機、4臺計算機以及網(wǎng)絡(luò)實驗對應(yīng)的一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。教師固定安排的實驗，學(xué)生可以在自己的實驗組內(nèi)部完成，同時多個實驗小組可以合成一個大網(wǎng)絡(luò)，完成更加復(fù)雜的實驗［5－8］。

圖1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實驗平臺的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 “計算機網(wǎng)絡(luò)”實驗課程的設(shè)計

《計算機網(wǎng)絡(luò)——自頂向下方法》是由James F.Kurose和Keith W.Rose教授編著的一本優(yōu)秀的教材。我院從2002年的第一版開始使用該書作為本科教學(xué)的理論教材，已經(jīng)整整10年。這本書的重點在“協(xié)議”分析，為此，全書的內(nèi)容都圍繞著各層的各類協(xié)議進行了詳細(xì)的闡述和分析，同時也注重網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。該教材的新版增加了一套實用的Ethereal實驗，通過實驗，學(xué)生可以觀察網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運行過程和產(chǎn)生的結(jié)果。雖然新版教材增加了Ethereal的協(xié)議分析實驗，但是網(wǎng)絡(luò)實驗更多的是需要學(xué)生發(fā)揮其主動性，自己完成一些創(chuàng)造性的實驗。我們將教材中的協(xié)議分析實驗結(jié)合起來，設(shè)計了適合我院自身特點的網(wǎng)絡(luò)實驗。計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗課時設(shè)置為20學(xué)時，一共安排了10個小實驗。本院本科的計算機網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容為教材的前5章內(nèi)容，因此網(wǎng)絡(luò)實驗課程不涉及網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)內(nèi)容［9－10］。網(wǎng)絡(luò)實驗既包括硬件實驗也包括軟件開發(fā)實驗，既包括基礎(chǔ)實驗也包括探索性、綜合性的實驗。表1為計算機網(wǎng)絡(luò)課程開設(shè)的實驗課程安排。

在實驗安排中，基礎(chǔ)實驗是整個實驗課程的核心和關(guān)鍵，例如網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實驗，雖然是學(xué)生熟悉網(wǎng)絡(luò)命令的實驗，但是經(jīng)過長期的教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，雖然學(xué)生都知道這些命令，但是在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的時候，學(xué)生無法靈活有效地使用這些網(wǎng)絡(luò)命令，同時無法根據(jù)命令的反饋結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)的故障進行分析。因此在設(shè)置這個實驗的時候，我們不僅要求學(xué)生會使用命令，同時我們會設(shè)置不同的場景幫助學(xué)生進行分析。在ping命令的實驗中，我們會要求學(xué)生在設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)和不設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的情況下，分別測試局域網(wǎng)的IP 地址和外網(wǎng)IP地址，以及有效的IP 地址和無效IP地址的情況下所得到的不同的反饋結(jié)果，這樣才能和具體的實際情況有效地結(jié)合起來，讓學(xué)生不僅感覺實用，同時也能夠解決具體的實際問題。

我院的目標(biāo)定位是培養(yǎng)學(xué)生具備高層次的網(wǎng)絡(luò)知識，除了計算機網(wǎng)絡(luò)實驗中基礎(chǔ)的實驗以外，我們還安排了5個綜合實驗，希望學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的基礎(chǔ)知識進行整合，而不是只能完成照本宣科的實驗［11－12］。學(xué)生在經(jīng)過2年多的大學(xué)學(xué)習(xí)以后，已經(jīng)掌握了一些程序設(shè)計語言，但對如何將程序設(shè)計語言有效地和具體實踐相結(jié)合，他們?nèi)匀桓杏X很茫然。因此，我們選擇了2個網(wǎng)絡(luò)編程的綜合實驗，同時通過協(xié)議分析實驗，讓學(xué)生掌握了不同協(xié)議的工作原理。

4 結(jié)束語

我院的“計算機網(wǎng)絡(luò)”的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生具備高級層次的網(wǎng)絡(luò)技能。對于“計算機網(wǎng)絡(luò)”課程來說，理論教學(xué)和實驗教學(xué)都是同等重要，但日常的教學(xué)中，教師把更多的精力放在了理論教學(xué)，而忽略了實驗教學(xué)。實驗教學(xué)的欠缺導(dǎo)致學(xué)生無法深入理解理論知識，面對實際中的網(wǎng)絡(luò)問題力不從心。本文中針對我院的實際情況，提出了一些探索性的建議，這些探索性的建議已經(jīng)應(yīng)用在我院的計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學(xué)中，并取得了一定的效果。

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